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Fonte CC - Proteção Sobrecarga
Tipologia: Notas de estudo
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Equipe:
A imagem abaixo mostra o circuito para a uma saída 12V
Figura 1: Visão completa da fonte O resistor R4 simula a carga
TRANSFORMADOR (T1)
Figura 2: Transformador
O transformador T1 possui no Primário a opção de center-tape (220V ou 127V). Já a saída será de 14V ou 16V. A opção de 220V ou 127V foi definida pelo professor. Já a saída dele (14V ou 16V) foi definida de acordo com o projeto. Como a saída terá 12V deve-se escolher um transformador com uma tensão no secundário acima, para que as perdas no circuito não atrapalhem a saída. A potência do tranformador deve ser de 120W, isso porque deveremos ter 15V e 8A (esses 6A amais são para alimentar o Capacitor e os diodos zener's) Note que o secundário não tem center-tape. Se por ventura no mercado achar transformador com center-tape no secundário não há problema, desde que haja uma saída de 14V a 16V.
PONTE RETIFICADORA D
Figura 3: Ponte Retificadora
Para especificar o capacitor devemos preocupar com a tensão que o capacitor suporta. Para isto um capacitor com uma tensão de pelo menos 25V (porque 16*√2 é 22,62V, onde √2 é para atingir a tensão de pico) atende.
DIODO ZENER'S E RESISTOR SÉRIE PARA LIMITAÇÃO DE CORRENTE E TENSÃO
Figura 6: Estabilização de Tensão e Proteção Contra sobrecarga
Para definir o resistor Rs devemos calcular todas as correntes necessárias ao bom funcionamento do circuito. Abaixo segue o cálculo de todas elas.
DEFINIÇÃO DO ZENER
No nosso circuito coloquei 3 Zeners em paralelo para aumentar a potência da parte reguladora. O zener que eu escolhi foi de 13V e 1W (procurei em uma tabela que possuo, depois mostro a vocês), porém esse 1W é uma potência pequena. Assim coloquei 3 em paralelo para ficar com "um zener de 13V e 3W". A tensão zener de 13 volts é para compensar a queda de tensão VBE do transistor Q1 (0,7V) e uma pequena queda de tensão no resistor R2 (será explicado sua importância em breve) de 0,3V. ficando na carga os 12V desejados. Para facilitar os cálculos considerarei SEMPRE 1 zener (13V e 3W) e não 3 zeners de 13V e 1W.
Assim:
Ou seja, 10% de Izmáx.
Nossa carga será de 2A, mas nosso circuito terá um LED sinalizador. Esse LED necessita de 20mA para funcionar. Assim a corrente do Emissor (IE) será de 2,02A (IE = 2,02A). Consideremos IC = IE, assim IC = 2,02 A. Essa consideração foi feita para facilitar os cálculos e também porque IB é pequena. O Transistor Q1 é o TIP 41, porque suas características são:
ICmáx = 6A β = 20 a 50 VCE = 40V
Ou seja, atende TODAS as nossas necessidades.
Devemos definir o RSmin e o RSmáx para atender todas as variações do nosso circruito. Iniciemos com Rsmáx
Vi(min) = (VSmintrafo - Vdiodos)√ Vi(min) = (14-1,4)√ Vi(min) = 17,81V
Vz = 13V
IZmin = 23mA
IBmáx = 101mA
Assim:
Agora Rsmin.
Vi(min) = (VSmáxtrafo - Vdiodos)√ Vi(min) = (16-1,4)√ Vi(min) = 20,64V
Vz = 13V
IZmin = 230, 77 mA
Assim, sob a corrente de carga (normal) teremos uma queda de apenas 0,3 V insuficiente para excitar Q2. Porém quando passar 4,71A (0,7V/148mΩ) ou acima disso (sobrecarga ou curto circuito) o transistor Q2 entrará em condução, e toda corrente excessiva que iria por Q1 passa a ser conduzida por Q2.
O TRANSISTOR Q2 SÓ CONDUZIRÁ QUANDO HOUVER UMA TENSÃO DE 0,7V EM Vbe
A potência de Rcc ou R2 é:
A escolha de Q2 foi próxima aos valores de Q1, considerando apenas um pouco menos IC. O ICmáx do TIP 31 é 3A. E VCE é 40V.
SINALIZAÇÃO LUMINOSA
Figura 8: Sinalização Luminosa
A sinalização fica em paralelo com a carga (no final do circuito). Para definirmos o R3 (resistor para limitar a corrente do LED) faz-se:
A potência de R3 é:
ou
